物理吸附法具有能耗低、无腐蚀和易于操作等优点,成为一种重要的分离手段,其高效应用的核心是吸附剂。多孔炭的孔隙结构发达、比表面积高、热稳定性良好、导热及导电性能优异,被广泛应用于吸附分离领域。但是,由于原料来源的不确定性,多孔炭材料品质波动大,难以实现真正意义上的可控制备。因此,如何精准调控多孔炭的孔道结构和表面化学性质从而满足气体吸附分离的要求,仍是目前研究的难点。本论文主要研究多孔炭质吸附剂的结构设计、制备工艺及气体吸附分离性能,论文研究结论如下:(1)常规多孔炭对低浓度CO2吸附能力弱、选择性差,吸附量和选择性通常不能兼顾。本文以大孔-微孔型富氮(6.1 wt%)整体式多孔炭为研究对象,探究炭材料的孔道结构和表面化学性质对低浓度CO2吸附分离的影响。研究表明,多孔炭孔壁上丰富的吡咯型氮、吡啶型氮等Lewis碱性位对酸性CO2分子具有强的亲和力,加之贯通的大孔结构、高的比表面积和合适的微孔孔径,有效提高炭材料对CO2的吸附量和混合气分离系数。静态吸附结果显示,常压下,多孔炭对CO2的平衡吸附量分别为4.0 mmol·g-1(25 ℃)和6.5 mmol·g-1(0℃);动态分离结果表明,常温常压下,多孔炭对CO2/N2和CO2/CH4混合气中低浓度的CO2具有良好的吸附分离效果(SCO2/N2=454;SCO2/CH4=11)且循环再生性能和耐水汽性能优异。(2)CO2在传统非极性多孔炭表面的吸附是以物理吸附为主,吸附作用力弱,在升温情况下对CO2吸附性能减弱,吸附分离选择性变差。因此,为提高炭质吸附剂在升温条件下的吸附性能,本文基于有机-无机杂化方法,借助优势互补原则,将锂藻土与酚醛聚合物进行复合,一步炭化、活化后制备弱极性复合多孔炭质吸附剂,可显著提高升温条件下CO2的吸附分离性能。静态吸附结果表明,在70℃、常压下,CO2平衡吸附量为1.7 mmol·g-1。动态吸附分离结果表明,在70℃时,制备的复合多孔炭显示出高的CO2/N2分离系数(114.3)。复合多孔炭优异的升温吸附分离性能归因于其表面功能化和孔隙结构的协同作用,弱极性的孔壁、高的比表面积、合适的微孔孔径和均匀的介孔(7 nm)在升高温度时有利于CO2吸附,同时加速N2穿透。(3)多孔炭材料中微孔是气体分子筛分、存储的主要场所,如果能在利于分子传输的介孔炭壁上创制出丰富的微孔,将极大提高多孔炭材料的吸附能力。本文通过改变物理活化时间,调控复合多孔炭孔结构的同时调变炭骨架表面极性,制备一系列复合多孔炭。进一步将研究工作拓展到低碳烃分离及CH4/N2混合气的分离中。结果表明,该系列材料可通过平衡效应高效分离C1-C3烃。常温常压下,C2H4动态吸附量为1.4 mmol·g-1,C2H4/CH4的分离系数为25;C2H6动态吸附量为1.7 mmol·g-1,C2H6/CH4的分离系数为90;C3H6和C3H8的动态吸附量分别为3.1和3.2 mmol·g-1分离系数分别为217(C3H6/CH4)和227(C3H8/CH4)。此外,该类吸附剂对极难分离的CH4/N2混合气表现出良好的分离效果,常温常压下,CH4动态吸附量为0.92 mmol.g-1,CH4/N2分离系数为26.3,远高于已报道的多孔吸附剂的分离性能。